基于STM32的智能自洁黑板创新设计

曹思琪 刘家瑞 连敬宇 董霖 谢宝玲

摘 要：该创新结构主研自动清理黑板，并且利用静电吸附，处理下落的粉灰。其创新核心在于自带吸附效果的自动清洁黑板擦，利用龙门式综合传动系统和全封闭式的处理环境。我们创新点在于，其一，黑板擦是静电网孔盒和擦面组成，保证清理干净跟吸附收集粉灰。其二，在已用黑板落到未用黑板后部时，黑板后部的自动粉笔擦可通过stm32单片机控制自动处理已用黑板，在未用黑板后部接受处理，保证粉笔灰不会外泄，不会对人体呼吸道造成损伤，不会造成粉尘污染。

关键词：静电吸附;龙门式综合传动系统;stm32单片机

0 引言

始到现代，教室中的设备不断地更新着，黑板就是其中重要的工具之一。但是一直困扰学生和老师的一件事情，是在擦黑板时，粉笔灰便会四处飘散，以肺病最为常见，粉笔灰被吸入肺以后，多数被阻留在肺泡内，经过一系列化学反应作用造成肺部损害。针对这一类问题，运用stm32达到自动切换黑板的目的，而在切换黑板的过程中，利用静电吸附的原理，吸取粉笔灰，防止粉尘飘散。这样不光是粉尘的问题解决了，也节省了不少时间。综上所述，基于STM32的智能龙门式传动自洁黑板由传动系统、控制系统（包括驱动模块和电源系统）和吸尘集尘系统组成，我们将对这几个模块进行研究。

1 主体设计及成果

1.1主体的传动系统

传统黑板的移动如图 1所示，所设计的黑板的移动构架如图 2所示。

基于现有黑板的移动状况，决定取消传统黑板两黑板间的卡条，使黑板可前后轮换，其移动方式利用电轨传动。

参考龙门式3d打印机的原理如图 3所示，清理装置的xy轴为同步带传动。

1.2控制系统

驱动模块。STM32单片机编写所需程序如图4所示，用PID算法做位置算法和参数调整。

1.3吸集尘系统

擦布：采用大网孔特制布料与软刷层拼接。

静电处理：静电发生器加感应式放电棒或电晕式放电棒。特质的擦布材料覆盖外壳前表面。

如图5所示，外壳（15x10x25）与内盒（略大于放电棒，嵌套内盒的存在是为隔绝放电棒与灰尘直接接触，方便后期粉笔灰清洁），两盒连接处为外盒后部（除后部，其余面设置成网孔面，一可更大程度吸附灰尘二可节省材料），外盒上部是为全网孔面（设计网孔面而不设计成敞开式是为尽量大程度减少黑板擦运动与拆卸时粉灰的飘出），前表面与左右两个侧面网孔面占全侧面上部7/10～9/10侧面剩余部分与底部一样为封闭面（收集灰尘），内盒与外盒共用底，内盒顶部与外盒顶部相距1～2厘米。

2 研发课题的技术要求

该创新是静电除尘原理、Bluetooth无线技术、重力传感技术的结合。并运用移动电极ESP（MEEP—ESP）的原理在集灰盒内部安装刷子，当集尘板上下移动时，上移吸尘，下移经过内刷将粉尘刷落至集灰盒内，有效防止反电晕的形成和粉尘振打的发生，确保高效除尘。集灰盒在吸附装置内部，同样可保持清洁面的无尘防止粉尘振打。

Bluetooth无线技术来选择清除或保留的区域。重力传感技术的存在时刻检测集灰盒内部粉灰的质量，把力的变化量转化为电信号，通过LED来传递清理信息。

3 制作原理的图纸

基于SolidWords建立的大致三维模型如下四幅图所示

结合门锁原理，左右两边的卡扣可伸缩，上移时到卡槽处时圆弧面受到阻力致使卡扣内缩，卡住后由于与滑轨接触部分为平面，则不可收缩掉落。

4 结论

该创新结构的清理装置带有静电吸附功能，且在整个黑板的背部不会产生粉尘污染，并且由于静电吸附器的作用，所以不会在死角处出现粉尘堆积，还可使多个装置同时运作，减少装置在清理时需要被清理的次数，也可以多次反复清洁，保证黑板的整洁。

参考文献

[1]Chirag Shah 'Automated Board Eraser'， Patent US6，948，210 B1， 2005.

[2]孫元龙. 自动除尘黑板擦[A]. .荆楚学术2017年第8-9期[C].：，2017：2.

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[4]胡帅捷，曲周德，侯杰茹，段旭鑫，张国茂，于素静. 自动擦除记录黑板研发[J]. 科技与创新，2017（19）：119+122-123.